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Kann man einen zerstörungsfesten Schalter zerstören?

Das Schreiben von Blogs ist eine ungewöhnliche Art, sein Geld zu verdienen, vor allem, wenn es um technische Themen geht. Noch ein bisschen ungewöhnlicher ist es, wenn Blogs sich fast von selbst schreiben.

Als ich mit den Recherchen und der Vorbereitung für dieses Blog begann, wollte ich ein neues Sortiment von zerstörungsfesten Schaltern besprechen. Angesichts meines Interesses für Anwendungen, Materialien und Leistung hat es mich fasziniert, herauszufinden, was „zerstörungsfest“ in der Welt der Schalter überhaupt bedeutet.

Wie wir bereits in früheren Blogs erörtert haben, verwenden wir bewährte Standards und Einstufungen als eine bequeme „Kurzschrift“ zur Bestimmung, wie das Betriebsverhalten von Produkten unter bestimmten Bedingungen ausfallen wird. Das hilft uns auch, Produkte für konkrete Anwendungen auszuwählen.

In meinem Berufsleben habe ich schon oft IP-Einstufungen verwendet, um meinen Kunden Informationen an die Hand zu geben, wie das Betriebsverhalten bestimmter Steckverbinder ausfallen wird, und in letzter Zeit habe ich auch die vergleichbaren IK-Einstufungen benutzt. Allerdings hatte ich bisher noch nie die Gelegenheit, die entsprechenden Tests selbst in Augenschein zu nehmen.

Außerdem hatte ich den Eindruck, ebenso wichtig wie die Information durch die IP- und die IK-Einstufung selbst sei es, etwas über die Dinge zu erfahren, die nicht ausgesagt werden.

IP-Einstufungen sind uns vertraut. Sie bieten unmissverständliche Informationen über die Bedingungen, unter denen Produkte gegen das Eindringen von Wasser geschützt sind, von ein bisschen Spritzwasser bis hin zum vollständigen Eintauchen. Damit allerdings vergleichbare Informationen bereitgestellt werden können, müssen die Tests unter kontrollierten Bedingungen stattfinden. Es genügt nicht, einen Schalter nur mit dem Gartenschlauch zu bespritzen oder einen Steckverbinder in einen Eimer mit Wasser zu tauchen, denn das wäre kein wissenschaftliches Verfahren.

Die Verwendung von IK-Einstufungen erfordert dieselbe wissenschaftliche Strenge. Diese Einstufungen liefern Hinweise, wie viel Stoßenergie ein Produkt wegstecken und dabei funktionsfähig bleiben kann. Dabei darf man allerdings auch nicht vergessen, dass es keinerlei Garantie für die Zerstörungssicherheit eines Geräts gibt.

Anfang März besuchten wir den Hauptsitz von APEM Components im Vereinigten Königreich. APEM Components ist einer der führenden Hersteller für Schalter und Indikatoren. Das Unternehmen unterhält ein Testlabor zur Überprüfung der eigenen Produkte und hat uns Zugriff auf die Testausrüstung gewährt, damit wir entsprechende Prüfungen selbst miterleben konnten.

Allerdings liefen unser Besuch und unsere Tests nicht in allen Einzelheiten nach Plan, sodass wir sogar mehr Einsichten gewinnen konnten als gedacht.

Wir begannen unsere Tests mit den vertrauten IP-Einstufungen. Das wollte ich schon immer mal machen! Im Rahmen des IP67-Tests wird das Testobjekt in eine Wassertiefe von 1 Meter eingetaucht und dort für eine festgelegte Zeit belassen. Zur Vorbereitung hatte ich mir ein Gehäuse von Fibox (119-5531) mit IP-Einstufung besorgt (Fibox ist einer unserer Lieferanten für Gehäuse) und in den durchsichtigen Deckel gemäß der Bedienungsanleitung ein Loch gebohrt. Für einen 19-mm-Schalter muss das Loch einen Durchmesser von 19,2 mm haben. Die Aufgabe war mithilfe eines Tischbohrers, einer Stufenbohrspitze (023-2513), eines Bohrlochräumers (045-6894) und eines Satzes mit digitalen Messschiebern (841-2518) relativ einfach zu bewältigen. Der so vorbereitete 19-mm-Schalter wurde in die Bohrung eingesetzt und die rückwärtige Mutter fest angezogen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

APEM arbeitet natürlich nicht mit einem Eimer mit einer Tiefe von 1 Meter, sondern verfügt über ein IP-Testbecken. Das vorbereitete Gehäuse wurde am Grund des Beckens festgeschraubt und das Becken bis zu einer Wassertiefe von 1 Meter gefüllt. Dank einer Konstruktion aus Aluminium und Perspex kann man das Testobjekt an Ort und Stelle beobachten. Allerdings muss die Prüfung über eine gewisse Zeit laufen. Also wandten wir unsere Aufmerksamkeit erst einmal anderen Experimenten zu und ließen das Testobjekt nebenbei „einweichen“.

Die IK-Einstufung eines Geräts wird bestimmt, indem eine bestimmte Kraft auf ein Teststück angewendet wird und die Ergebnisse beobachtet werden. Damit die Ergebnisse konsistent und kontrollierbar erzielt werden, nutzt die Testanordnung ein Pendel mit festgelegter Länge und einer 5-kg-Masse. Verschiedene Kräfte werden angewendet, indem die Masse aus einer bestimmten Höhe auf das Objekt fallen gelassen wird.

Als unser erstes Testobjekt wählten wir einen der Druckschalter aus der Baureihe AV09 von APEM in einer 19-mm-Version. Diese Schalter werden mit einem Gehäuse aus Edelstahl gefertigt und im Rahmen einer breiten Palette von Anwendungen, auch im Sicherheitsbereich, auf der Frontplatte montiert. Wir verwendeten einen Schalter mit der Einstufung IK08, das entspricht einer Stoßenergie von 5 J. Ein Blick in die Dokumentation verrät, dass dieser Test durchgeführt wird, indem der Schalter auf einer senkrechten Platte montiert wird und indem eine Masse von 1,7 kg aus einer Höhe von 0,295 Metern auf den Schalter fallen gelassen wird.

 

Der gleiche Test kann auch mit einer 5-kg-Masse durchgeführt werden, die aus 0,1 Metern fallen gelassen wird. Wir führten diese Tests 7 oder 8 Mal durch und die Ergebnisse waren beeindruckend. Trotz der Stöße gab es keine Schäden am Schalter – nicht einmal den kleinsten Kratzer.

 

Von den Resultaten unseres ersten Tests ermutigt, machten wir mit einem größeren 22-mm-Schalter aus derselben AV09-Baureihe weiter. Laut der technischen Anleitung entspricht dieser Schalter einer Einstufung von IK10. Das rechnet sich in eine Stoßwirkung von 20 J um, die wir bei unserem Test dadurch erreichten, dass die 5-kg-Masse aus einer Höhe von 40 cm fallen gelassen wurde.

Und das ist der Punkt, an dem alles schief ging. Nach dem vollen Erfolg der ersten Tests montierten wir den 22-mm-Schalter optimistisch auf die feste Platte, die ihrerseits auf dem Teststand verschraubt wurde. Ohne weiter darüber nachzudenken, hoben wir die Masse auf 40 cm, ließen sie fallen und sahen uns die Ergebnisse an. 

 

Wir hatten den Schalter kaputt gemacht!

Wir fragen uns fast schon panisch: Hatten wir zu viel Kraft aufgewendet? Oder schlimmer noch: Hatten wir einen Fehler in der Dokumentation von APEM nachgewiesen? Was war nur passiert?

Auf der Suche nach Antworten schauten wir uns erneut die Dokumentation und die Installationsanweisungen an. Damit das optimale Betriebsverhalten vom Schalter zu erwarten ist, gibt es ganz exakte Anweisungen in Hinblick auf die Befestigungsbohrung, die Platzierung der Versiegelung auf dem O-Ring und das auf die Befestigungsmutter anzuwendende Drehmoment. In unserem Überschwang hatten wir uns nicht genug Zeit genommen, das korrekte Installationsverfahren zu verstehen, und deshalb den Schalter nicht ordnungsgemäß montiert. Wir waren in die älteste aller Fallen getappt und hatten die Anleitung nicht gelesen!

 

Unter dem Eindruck dieser Ergebnisse wandten wir uns wieder unserem Schalter zu, der in der Ecke in 1 Meter Tiefe hatte baden dürfen. Auf den ersten Blick schien der Test erfolgreich verlaufen zu sein. Allerdings fanden wir schnell heraus, dass Ergebnisse eines IP-Tests knifflig sein können und man schon genau hinsehen muss. Als wir also die Sache unter die Lupe nahmen, entdeckten wir, dass sich entlang der Außenseite des Schalters ein Wassertropfen bildete. Wir ließen das Wasser im Testbecken ab und trockneten die Außenseite des Testobjekts sorgfältig, um alles überschüssige Wasser zu beseitigen. Anschließend entfernten wir den durchsichtigen Deckel und stellten fest, dass eine kleine Menge Wasser in das Gehäuse eingedrungen war.

 

Über die Laufzeit des 30-minütigen Tests war ungefähr eine teelöffelgroße Menge Wasser (5 ml) in das Gehäuse eingedrungen. Es ist wichtig, die Testbedingungen und ihre Bedeutung zu berücksichtigen. Die Wassertiefe (und damit der Wasserdruck) hatte eine Schwäche der Dichtung offenbart, die sich nur über einen gewissen Zeitraum hinweg zeigte.

Da wir unsere Lektion aus dem Verlauf unseres IK-Tests gelernt hatten, nahmen wir das Ergebnis analytisch unter die Lupe. Wir beschlossen, den Test zu wiederholen, und wollten diesmal insbesondere auf die Installation des Schalters achten. Vor allem stellten wir sicher, dass die Mutter mit der richtigen Drehmomenteinstellung angezogen wurde. Dann befestigten wir das Gehäuse und tauchten es wie beim ersten Mal unter.

Als wir nach einem kurzen Mittagessen zurückkehrten, konnten wir zufrieden (und auch ein bisschen erleichtert) feststellen, dass dieser Test vollkommen erfolgreich verlaufen war. Nicht ein Tröpfchen Wasser hatte in das Gehäuse eindringen können.

Für mich war deutlich geworden, dass wir aus unseren Experimenten eine äußerst wichtige Lehre hatten ziehen können. Tests gehen schief, wenn die Produkte nicht ordnungsgemäß installiert werden. Ebenso wichtig ist die Erkenntnis, was das für die Praxis bedeutet.

Labortests sind eine großartige Sache. Durch sie wird bewiesen, wozu ein Gerät unter bestimmten Bedingungen in der Lage ist. Wichtiger noch: Hier steht nichts auf dem Spiel als ein fehlgeschlagener Test.

In der Praxis allerdings hat eine fehlerhafte Installation deutlich gravierendere Auswirkungen. Eine fehlerhafte Installation kann sich zum kostspieligen Problem auswachsen. Eine fehlerhafte Installation bedeutet die Rückgabe von Ausrüstung, Reparaturen und Ersatz. Sie bedeutet verlorene Zeit, verlorenes Geld und verlorene Reputation.

Die Wahl der Komponenten für einen bestimmten Entwurf ist natürlich von entscheidender Bedeutung. Allerdings haben unsere beiden Experimente auch bewiesen, dass die Wahl der Komponente nur ein Teil der Lösung sein kann. Die besten Ausrüstungsteile der Welt, hergestellt mithilfe allerbester Komponenten, sind wenig wert, wenn diese Komponenten nicht ordnungsgemäß installiert werden.

Und so hat mich meine Untersuchung von zerstörungsfesten Produkten (genau wie es bei einigen der tollsten Experimente der Fall ist) eine viel wichtigere Lektion gelehrt. 

Sie lautet: Lies das Handbuch!

Connector Geek is Dave in real life. With 28 years in the industry, Dave likes talking about connectors almost as much as being a Dad to his two kids. He may still be a kid at heart himself...

5 May 2017, 9:30

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